Magnetisch aufgequollen

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  • quelle: wissenschaft-aktuell.de


    Metalllegierung dehnt sich im Magnetfeld in alle Richtungen aus – Anwendung für empfindliche Sensoren möglich


    Das Brummen von Transformatoren beruht auf kleinen mechanischen Schwingungen des Eisenkerns in einem ständig wechselnden Magnetfeld. Dieser Effekt – Magnetostriktion genannt – ist schon lange bekannt. Doch nun fanden US-Forscher eine ungewöhnliche Variation dieses Phänomens in einer speziellen Legierungen aus Eisen und Gallium. Der neue Werkstoff dehnte sich in einem Magnetfeld nicht nur entlang einer Achse, sondern in alle Richtungen aus und schwoll dabei sogar an. Ohne Magnetfeld schrumpfte es wieder auf die ursprüngliche Größe. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, könnte dieser Effekt für empfindliche Sensoren genutzt werden.


    „Wir haben eine neue Klasse von Magneten entdeckt, die eine große Volumenänderung in Magnetfeldern zeigen“, sagt Harsh Deep Chopra von der Temple University in Philadelphia. Für seine Versuche erhitzte er zusammen mit seinem Kollegen Manfred Wuttig von der University of Maryland in College Park eine Eisen-Gallium-Legierung zuerst auf 760 Grad Celsius und kühlte sie danach rasch auf Raumtemperatur ab. Fünf Millimeter große Plättchen aus diesem Material setzten die beiden Forscher in ein Magnetfeld. Dabei dehnte es sich in alle Richtungen um bis zu einem Mikrometer aus. Ohne äußeres Magnetfeld schrumpfte die Legierung wieder auf ihre ursprünglichen Maße. Dabei ließ sich – ungewöhnlich für magnetische Materialien – keine Hysterese beobachten.


    Ansatzweise ließ sich diese Ausdehnung in alle Richtungen über die periodische Anordnung magnetischer Zellen im Kristallverbund der Legierung erklären. Anders als bei anderen magnetischen Materialien waren diese nicht nur in eine Richtung, sondern zueinander verdreht entlang mehrerer Achsen ausgerichtet. So konnte ein äußeres Magnetfeld eine Ausdehnung des Materials verursachen. Um jedoch eine Volumenänderung zu erklären, vermuten Chopra und Wuttig, dass sich die Kristallstruktur in ihrer Eisen-Gallium-Legierung in einem Magnetfeld reversibel ändern müsste. Die Ursache für diese Neuanordnung im Kristall als auch die zueinander versetzte Anordnung der magnetischen Zellen konnten sie bisher allerdings noch nicht ausmachen.


    So wenig sich diese speziellen magnetischen Legierungen aufblähten, könnte dieser Effekt in Zukunft für hoch empfindliche Magnetfeld-Sensoren genutzt werden. Chopra und Wuttig halten auch die Entwicklung kleiner Stellmotoren für möglich. Von Vorteil könnte dabei die einfache Zusammensetzung der neuen Legierung sein, die im Unterschied zu bisher genutzten Materialien ohne teure Seltene Erden auskommt.

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